Курсовая работа: Внутренние и периферийные устройства ПК
Курсовая работа: Внутренние и периферийные устройства ПК
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Внутренние устройства ПК
1.1. Микропроцессор
1.2. Основная (материнская) плата и шина
1.3. Память
1.4. Накопители на подвижном магнитном носителе
1.5. Накопители на гибких магнитных дисках
1.6. Оптические диски
1.7. Блоки расширения
2. Периферийное оборудование
2.1. Устройства ввода
2.2. Устройства вывода
Заключение
Список литературы
Приложения
Введение
Основой персональной техники стала изобретенная еще в 1959 году сотрудниками фирмы Texas Instruments интегральная микросхема - полупроводниковое устройство, содержащее на одном кристалле (чипе) в то время всего 6 эквивалентных транзисторов. Разработка новых микросхем и процесс их производства постоянно совершенствуется, и в 1969 году фирма Intel выпустила микросхему памяти емкостью 1 Кбит, а в 1971 году - первый микропроцессор. Вслед за этим, уже в 1973 году появились микропроцессорные комплекты, позволяющие промышленно изготавливать на одной печатной плате персональные компьютеры.
Первый персональный компьютер Altair был выпущен фирмой MITS в 1975 году, однако его технические параметры были очень низки: оперативная память, например, всего 256 байт. Фирма IBM также в 1975 году выпустила прототип персонального компьютера - модель 5100 с 16 Кбайт оперативной памяти, встроенным интерпретатором BASIC и внешним накопителем на кассетном магнитофоне. Однако стоимость такого устройства была слишком высока (9000$) для персонального использования массовым потребителем.
Собственно массовое распространение персональных компьютеров началось с выпущенной в 1976 году вновь образованной фирмой Apple Computer модели Apple 1 стоимостью всего 695$. Правда, компьютеров первой модели было произведено совсем немного (около 300). Однако следующая модель Apple 2 в 1977 году получила большую популярность (их было продано порядка 3 млн. штук) и именно их имеет смысл считать первыми персональными компьютерами первого поколения. Для этих компьютеров была разработана фирмой DR (Digital Research) операционная система CP/M.
В конце 1980 года фирма IBM решила завоевать быстро растущий рынок РС и создала специальную группу из 12 человек, предоставив им большие полномочия, вплоть до закупки и использования разработок других фирм (что ранее в фирме было категорически запрещено). При таких льготных условиях модель IBM PC была разработана в течение 1 года. Для разработки операционной системы для своего компьютера фирма IBM обратилась к разработчику первой операционной системы для РС фирме DR, однако, та не заинтересовалась данным проектом и за разработку операционной системы для IBM PC взялась маленькая фирма из Сиэтла Microsoft (MS).
За пятнадцатилетний период со времени выхода первых IBM - совместимых персональных компьютеров произошли существенные изменения как в области технических, так и программных средств. Быстродействие компьютеров увеличилось более чем в 200 раз, оперативная память увеличилась более чем в 30 раз, емкость накопителя на жестком магнитном диске увеличилась более чем в 50 раз и т.п.
Актуальность данной курсовой работы связана с тем, что в последнее время появились совершенно новые устройства, например, компакт-диски с памятью только для чтения (CD-ROM), компакт-диски с однократной записью (CD-R) и т.п. Развитие компьютерных средств идет так быстро, что всего через 1-2 года необходимо производить полную замену как технических, так и программных средств (в связи с этим для некоторых категорий предприятий срок амортизации средств компьютерной техники снижен с 8-10 лет до 2 лет).
Цель курсовой работы - систематизация, накопление и закрепление знаний о внутренних и периферийных устройствах ПК.
1. Внутренние устройства ПК
1.1. Микропроцессор
Центром вычислительной системы является ее процессор. Это основное звено, или "мозг" компьютера. Именно процессор обладает способностью выполнять команды, составляющие компьютерную программу. Персональные компьютеры строятся на базе микропроцессоров, выполняемых в настоящее время на одном кристалле (чипе).
IBM PC начинались с микропроцессора 8086 фирмы Intel (точнее, с его ослабленной и удешевленной версии 8088 и 8-разрядной шиной для PC XT (eXTended)). Затем появились компьютеры серии PC AT (Advanced Technology) 80286, 80З86, 80486 (общее обозначение - 80х86) с 16-разрядной шиной. После чего Intel изменила систему обозначений, и вместо 80586 возник Pentium. Следующий процессор при разработке обозначался Р6 и на рынке ожидался под именем Hexium (от греч. «гекса» - шесть), но появился в продаже как Pentium Pro - в знак того, что принципиально от Pentium не отличается, только заметно лучше.
Каждая новая модель умеет много нового - и лучше выполняет старое. С каждым усовершенствованием растет частота тактовых импульсов, синхронизирующих работу всего компьютера (см. Приложение 4).
Внутреннее устройство процессоров непрерывно совершенствуется, и каждый следующий тратит на одну и ту же работу вдвое меньше тактов, чем предыдущий. В 8088 одна команда занимала 5-15 тактов, в Pentium - 0,5-1 (внутреннее дублирование схем позволяет ему выполнять несколько команд одновременно). Поэтому с точки зрения производительности микропроцессора, т. е. сколько он выполняет миллионов операций в секунду (MIPS - Million Instruction Per Second), каждое его следующее поколение даже при одной и той же тактовой частоте работает быстрее.
При переходе от одного поколения микропроцессоров к другому разработчики стремились сохранить набор основных команд, чтобы обеспечить преемственность и совместимость. При этом в формировании набора команд микропроцессора наметилось два направления. С одной стороны, программисту очень удобна машина, выполняющая одной командой какую-нибудь сложную операцию, например, команду извлечения квадратного корня. Но чем сложнее команды, тем сложнее схемы и дороже процессор. Поэтому программисты уже давно определили, какого минимального набора команд достаточно, чтобы программы из них было легко и удобно строить. А инженеры разработали схемы быстрого выполнения именно таких удобных команд. Программа, составленная из подобных простейших команд, - длиннее. Однако она исполняется настолько быстро, что в целом, все равно, ее исполнение занимает меньше времени. Кроме того, легче учесть взаимовлияние простых команд. Значит, проще оптимизировать программу, а затем эту оптимизацию автоматизировать.
Две противоположные тенденции, именуемые CISC - Complex Instruction Set Computer – «компьютер с полным набором команд» и RISC - Reduced Instruction Set Computer – «компьютер с ограниченным набором команд», конкурируют давно. Как правило, любые новые достижения инженеров реализуются в ограниченном наборе (RISC), а по мере совершенствования переходят в полный (CISC) набор, как было с микропроцессорами 80х86.
Необходимо отметить еще одну важную особенность. Если команды просты, то легко определить, какие из них для каких поставляют исходные данные, и переупорядочить команды так, чтобы те из них, которые не влияют друг на друга, выполнялись одновременно, поэтому сейчас основные изготовители микропроцессоров ориентируются на RISC.
В 1997 году начат выпуск новых ММХ - процессоров (MultiMedia Extensions), обеспечивающих поддержку мультимедийных приложений «изнутри». Поскольку практически все мультимедийные данные представляются короткими 8-битными последовательностями, то для ускорения работы процессора в него добавили еще один конвейер для их упаковки в 64-битную пачку за счет введения в набор команд специальных 57 мультимедийных команд. Дополнительный блок обработки мультимедиа разгружает ядро процессора и снимает часть нагрузки видео и аудиокарт и средств телекоммуникации. Результаты тестов показали, что при выполнении традиционных приложений процессоры Pentium ММХ оказались на 10 - 15% производительнее прежних Pentium, а для программ, использующие ММХ - команды, - в 1,5 - 2,5 раза лучше. Однако использование этих команд приводит к новой переработке всего программного обеспечения, которое нельзя будет использовать на не мультимедийных процессорах (что, вообще говоря, заставляет купить новый компьютер).
Все последующие микропроцессоры как фирмы Intel, так и других фирм являются мультимедийными с еще большим набором специальных команд (добавлено еще более 100 мультимедийных команд), хотя в обозначении микросхемы этот факт не находит отражения.
С начала 1998 года Intel избрал новую политику - дробить рынок на части и для каждой делать свой продукт. Так наряду с производительными и дорогими Pentium II (с начала 1999 г. Pentium III) появилось семейство Celeron (рис.1-1), нацеленное на низшую ценовую категорию для конкуренции с микропроцессорами фирмы AMD.
Процессоры следующего поколения Pentium III выпущены по новой (0.18 мкм) технологии и имеет более высокую тактовую частоту 500-550 МГц. В нем реализованы расширения инструкций, получившие название SSE (Streaming SIMD Extensions). Это позволяет достичь высоких скоростей разработки и насыщенности цифрового содержания для воспроизведения специальных эффектов, рендеринга, создания 3-мерных изображений и текстур, а также обеспечивает значительное повышение производительности сети и Internet-приложений, использующих протокол TCP/IP, а также увеличение производительности приложений с интенсивным использованием системной или кэш-памяти.
В последние годы Intel развивает серию Pentium 4: 2000г.- Intel Pentium 4 (Willamette, Socket 423). Принципиально новый процессор с гиперконвейеризацией (hyperpipelining) - с конвейером, состоящим из 20 ступеней. Согласно заявлениям Intel, процессоры, основанные на данной технологии, позволяют добиться увеличения частоты примерно на 40 процентов относительно семейства P6 при одинаковом технологическом процессе. Применена 400 МГц системная шина (Quad-pumped), обеспечивающая пропускную способность в 3,2 ГБайта в секунду против 133 МГц шины с пропускной способностью 1,06 ГБайт у Pentium III. Кодовое имя: Willamette. Технические характеристики: технология производства - 0,18 мкм; тактовая частота - 1.3-2 ГГц; кэш первого уровня - 8 Кб; кэш второго уровня - 256 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (400 МГц); разъём Socket 423.
В 2001г. появился Intel Pentium 4 (Willamette, Socket 478). Этот процессор выполнен по 0.18 мкм процессу. Устанавливается в новый разъём Socket 478, поскольку предыдущий форм-фактор Socket 423 был «переходным» и Intel в дальнейшем не собирается его поддерживать. Кодовое имя: Willamette. Технические характеристики: технология производства - 0,18 мкм; тактовая частота - 1,3-2 ГГц; кэш первого уровня - 8 Кб; кэш второго уровня - 256 Кб (полноскоростной); процессор 64-разрядный; шина данных 64-разрядная (400 МГц); разъём Socket 478. Последние модификации процессора выпускаются по 0,13 мкм технологии с частотой системной шины 533 МГц.
1.2. Основная (материнская) плата и шина
Для того чтобы микропроцессор мог работать, необходимы некоторые вспомогательные компоненты. Когда данные передаются внутри компьютерной системы, они проходят по общему каналу, к которому имеют доступ все компоненты системы. Этот путь получил название шины данных. Необходимо отметить, что понятие «шина данных» имеет общее значение, конкретно же и микропроцессор имеет свою шину данных и оперативная память. Когда нет специального уточнения, то речь идет, как правило, об общей шине, или иначе шине ввода-вывода.
Эта шина формируется на сложной многослойной печатной плате - основной, или иначе, материнской (motherboard рис. 1-2).
Системная шина представляет собой совокупность сигнальных линий, объединённых по их назначению (данные, адреса, управление). Основной функцией системной шины является передача информации между базовым микропроцессором и остальными электронными компонентами компьютера. По этой шине так же осуществляется не только передача информации, но и адресация устройств, а также обмен специальными служебными сигналами.
Концепция шины представляет собой один из наиболее совершенных методов унификации при разработке компьютеров. Вместо того чтобы пытаться соединять все элементы компьютерной системы между собой специальными соединениями, разработчики компьютеров ограничили пересылку данных одной общей шиной.
Эта идея чрезвычайно упростила конструкцию компьютеров и существенно увеличила ее гибкость. Чтобы добавить новый компонент, не требуется выполнять множество различных соединений, достаточно присоединить его к шине через специальный разъем (Slot). Чтобы упорядочить передачу информации по шине используется контроллер шины.
На основной плате когда-то были только шина, процессор и оперативная память. Все остальные устройства размещались на сменных платах, включаемых в разъемы (слоты) шины. Сейчас на motherboard находится добрая половина компьютера - и контроллер дисков, и видеоадаптер и порты. А вот процессор и память помещены на сменные платы (модули) - ибо более мощные процессоры и более емкие микросхемы памяти появляются по несколько раз в год и их можно заменить. Для современных компьютеров наметилась тенденция размещения дополнительного оборудования на motherboard (видеоадаптер, звуковая аппаратура, модем – интеграция технических средств).
Архитектура системной шины (приложение 1) той или иной модели системной платы зависит от производителя и определяется типом платформы ПК (типом центрального процессора), применяемым набором микросхем chipset и количеством и разрядностью периферийных устройств, подключаемых к данной системной плате.
Максимальная пропускная способность часто используется в качестве критерия для сравнения возможностей шин различной архитектуры. Ее можно рассчитать, умножив рабочую частоту на количество байт, передаваемое в одном такте (ширину полосы пропускания).
Для особо быстродействующих устройств нужны другие способы подключения. Отдельные (локальные) шины, работающие с основной частотой материнской платы, появились, прежде всего, для памяти - основной и кэш (cache). Затем на локальную шину «посадили» видеоадаптер.
Эту шину VLB создала группа VESA - Video Electronic Standard Association, разработавшая стандарт - Video Electronic Standard Architecture, и поэтому у нее два обозначения - Video Local Bus и VESA Local Bus. Поскольку локальная шина подключена непосредственно к микропроцессору, имеющему 32-разрядную шину данных, то при основной частоте 33 МГц получается скорость обмена 132 Мбайта в секунду.
PCI (Peripheral Component Interconnect bus) - шина для подсоединения периферийных устройств появилась в 1992 г. и утверждена организацией Special_Interest_Group_Steering_Committee. Она стала массово применяться для Pentium-систем. Шина работает с объектами, имеющими напряжение 5 либо 3,3 вольт. Взаимодействие объектов происходит напрямую, без участия центрального процессора (CPU). PCI является 32-разрядной с возможностью расширения до 64 разрядов. Пиковая пропускная способность равна 132 Мбайт/с при 32 разрядах и 264 Мбайт/с при 64 разрядах. В современных материнских платах частота на шине PCI задается как 1/2 входной частоты процессора, т.е. при частоте 66 MHz на PCI будет 33 MHz, при 75 MHz - 37.5 MHz и т.д. Шина хорошо стыкуется с локальной сетью.
Шина PCI - первая шина в архитектуре IBM PC, которая не привязана к этой архитектуре. Она является процессорно-независимой и применяется, например, в компьютерах Macintosh. Процессор через так называемые мосты (PCI Bridge) может быть подключен к нескольким каналам PCI, обеспечивая возможность одновременной передачи данных между независимыми каналами PCI.
В начале 1995 года утвержден стандарт PCI на частоту 66 МГц, а заодно и стандарт на ширину шины в 8 байт. PCI теперь может работать не только как локальная шина, но и как общая. Пропускная способность такой шины существенно возрастает (до теоретически максимальной 8 байт × 66 МГц = 528 Мбайт в секунду).
Однако для современных систем трехмерной (3D) графики возможностей стандартной шины мало. Intel в 1997 году предложила установить на материнской плате специализированный графический порт - AGP - Accelerated Graphics Port. То есть AGP - специализированная надстройка над шиной PCI, позволяющая создать скоростной канал обмена данными между графическим акселератором и системной логикой PC. AGP-расширение основной PCI-архитектуры работает на удвоенной рабочей частоте шины (т.е. 133 МГц, входной частоты процессора). Для того чтобы достичь высокой скорости передачи, AGP определено как непосредственное или прямое соединение (point-to-point), а не через общую шину.
